2001年，由孙家栋院士牵头，国防科工委组织中国科学院、航天科技集团、总装备部等有关单位，正式启动月球探测工程的相关论证工作。中国空间技术研究院作为中国空间技术的主力军，率先成立项目办公室，展开月球探测卫星方案的论证工作。诞生了“东方红一号”、神舟系列飞船的中国空间技术研究院在卫星研制上有着雄厚的基础，面对任务重、起点高、工作量大的难题，该院科研人员本着“又好、又快、又省”的发展方针，根据我国目前的科学技术水平，充分利用了我国应用卫星研制成功的经验和成果，最大限度地采用经过飞行试验检验的卫星平台及相关分系统的硬件和软件，知难而进、勇于创新、夜以继日，通过两年多的艰苦会战，终于设计出结合了“东方红三号”卫星平台与中国资源卫星特点又具备多项新技术的“嫦娥一号”卫星方案，并顺利完成了奔月、探月的关键技术攻关。

　　从1994年国家组织相关专家对开展月球探测的必要性、可行性进行初步分析和论证，到2004年1月国家正式批准立项启动，前后共有150多位专家、50多名院士参加了探月工程的论证和实施准备工作，这些大量的前期分析论证和方案设计工作，为日后如期完成月球探测工程计划奠定了坚实的基础。

　　在2004年，我国正式启动绕月探测工程之时，苏美已开展探月活动40多年。有记者问：“我们比人家有啥创新？” 绕月探测工程卫星系统总指挥兼总设计师叶培建院士回答：“别人有的，我们也要有。别人干了，并不等于我们干了。更何况我们起步晚，起点并不低。”

　　国际上进行月球探测的第一步往往选择“撞”或者“掠”，就是利用撞向月球或者从月球身边掠过的时间，对月球进行一定探测，在掌握了月球的一些基本数据后再进行绕月飞行，而“嫦娥一号”卫星起点就是“绕”！
　　
　　卫星轨道设计
　　
　　卫星轨道设计成了“嫦娥一号”首先要解决的问题。怎样才能选择一条既精准又合适的地—月转移轨道，并在异常复杂的太空环境下调整、维持和优化轨道呢？这项棘手的任务交到了研究院总体部系统工程室以杨维廉研究员挂帅的工作小组，任务要求他们通过极其精确的分析求解，建立中途修正的数学模型，同时巧妙利用调相轨道扩大发射窗口的能力。按照设计方案，“嫦娥一号”卫星发射后先在三个调相轨道运行几天，之后再奔月而去，并在抵达月球前“急刹车”，在绕月轨道上围绕月球极地轨道做三次轨道调整后进入预定工作轨道。整个飞行过程要经历调相轨道、地月转移轨道、月球捕获轨道和环月工作轨道几个阶段。

　　轨道设计方案诞生是艰苦而具有决定性的。月球探测器运动的全过程涉及到三体问题，即使是最简单的三体问题，历代天文学家和数学家的潜心研究至今也未找到工程上可用的分析解。系统工程室的科研人员查阅了大量的资料，找到了上世纪60年代，美国在着手“阿波罗”登月计划时，两位著名学者对地月转轨问题所作的一篇奠基性的论文，无奈论文只给出了结果，并未给出算法方面的任何信息。经过反复的讨论和无数次的计算，他们终于找到了一种数值方法，可以复现美国学者所获得的结果。在此算法基础之上，他们利用简化的三体运动的模型对于地月转轨进行全局性的研究，其结果对于“嫦娥一号”卫星的轨道设计起了决定性的作用。

　　另一个需要攻关的轨道问题是关于调相轨道的设计。在把卫星送入地月转移轨道时，国外常用的做法是由运载火箭直接来完成这个任务，考虑到我们担任发射任务的“长征三号甲”火箭和“东方红三号”卫星平台的实际情况，系统工程室采用了一种新的做法，火箭只把卫星送到地球同步转移轨道或者更高的超同步轨道，之后卫星依靠自身的推进系统进一步加速达到月球附近，“嫦娥一号”卫星是世界上用这种探月方式的第一颗卫星。

　　为确保卫星百分之百的安全，在广邀全国专家进行一轮全面的设计复核之后，研究院又专门与三家有能力进行轨道设计的单位并肩协作，共同探讨轨道设计需求，再一次进行了“背靠背”复核，以确保“嫦娥”奔月轨道百分之百的正确性，结果三家结果一致，证明了系统工程室嫦娥一号轨道设计的科学性。
　　
　　定向天线的研制
　　
　　从距地7万公里到地月38万公里的距离，卫星各类信号面临着严重衰减的问题，而现状是——我国测控站只能支持略大于地球同步轨道卫星的高度，如何大幅度的提升远距离测控技术是“嫦娥一号”要解决的另一关键问题。测控数传分系统设计方案确定过程非常艰苦，主任设计师吴学英带领测控数传分系统人员日夜攻关，常常工作到深夜，大家对方案不断论证，不断修改。最终的方案设计有不少独到之处，比如提高全向天线的增益和全空间覆盖范围、减少信号的功率损失、降低遥控码速率并提供高低两种遥测码速率、提供多档码速率、设计多种灵活的工作模式、改进双通道发射链路的设计等，确保了“嫦娥一号”能够把宝贵的科学探测数据稳定可靠地传回地面。其中，大角度机械扫描定向天线是首次被采用。

　　定向天线是一个复杂的机、电、热多学科组合系统。系统设计时需要考虑很多跨学科跨专业的问题，涉及到总体、控制、电源、机构、热控、测控、数传、总体电路等专业，几乎与卫星的每个分系统都有联系，它的功能是建立星地间数传与测控信号的无线通信链路。担负这样关键的定向天线攻关任务的是一位年轻的女性——主任设计师孙大媛，她手下的兵同样是几个刚刚步入工作岗位的年轻人。初生牛犊不怕虎。他们通力协作，取长补短，硬是把这块难啃的骨头拿了下来。他们相继解决了系统构型设计、系统内外复杂的接口协调、关键部件研制、部件级和系统级环境试验方案、系统装配工艺路径、精测流程、三自由度二维运动系统地面零重力测试工装、测试设备研制、系统高低频电缆布局和热控设计及实施等多个技术难点，攻克了系统布局设计、压紧释放机构设计和双轴驱动机构设计等技术难关。其中，在初样研制初期，控制与推进系统事业部的双轴驱动机构是实现天线对地跟踪定位的关键设备，虽然有一定的继承性，但整个产品是新研制的，对自身的力学特性没有可以借鉴的经验数据。为了摸清双轴驱动机构的力学特性，孙大媛带领研制人员连续进行了三次力学摸底试验，同时建立了仿真分析模型，历时一个半月时间，最终摸清了产品的力学特性，确定了定向天线的系统构型设计。
　　
　　月食难关的突破
　　
　　可是，实际情况比想象的更为复杂。在各种方案已经基本确定的情况下，2005年上半年，我国气象部门预测到，“嫦娥一号”在一年的寿命期内不可避免的需经历两次月食！

　　月食发生时，太阳光被挡住，周围变得异常寒冷，卫星是依靠太阳能供电工作，如果温度太低，卫星上的仪器将有可能冻结，无法工作！在古老的神话传说中，月亮上的“广寒宫”终年深冷幽寂，实际上月球表面的热环境也十分复杂，这些都将对卫星的供电能力、热控的维持能力，星上状态设置的准确性和最小功耗模式的稳定性造成巨大影响！这一切意味着，在仅余的两年时间里，主任设计师邵兴国带领热控工程研究室通过各种补充试验来设法提高“嫦娥一号”生存能力和可靠性。蓄电池组低温放电能力、温度维持能力、各设备的低温耐受能力……他们从攻关论证入手，全面分析各种不确定性因素，改进了相关分系统的设计，对关键环节进行了专项试验验证，对卫热设计和数管软件进行了修改和完善，使卫星能够抵御住巨大的冷热温差。
　　
　　紫外敏感器的创新
　　
　　可以奔月，可以耐受高温严寒，还必须具备一颗可靠灵敏的心脏，这颗心脏就是卫星制导导航与控制系统，简称GNC系统。其中，紫外敏感器是本次GNC系统的一个亮点，是我国首次在卫星上使用。以前我国的卫星都是地球卫星，装备适合地球环境的红外敏感器。月球没有大气层，也就不可能具有稳定的红外辐射带，在“嫦娥一号”上不能使用红外敏感器作为月球的敏感器。为确保可靠地对月指向的精度要求，卫星系统副总设计师黄江川等带领GNC团队设计出了适合对月遥感的紫外敏感器,来获得月球平面基准信息，并以此测量卫星对月地指向的姿态偏差，调整卫星的姿态，让它作为“眼睛”来观察月球。紫外月球敏感器是一全新的具有国际水准的设备，在150°大视场光学设计、复杂月像处理并提取姿态信息及整机地面试验与验证等方面均有所创新，产生了若干项自主知识产权。

　　月球探测一期工程将创造中国航天器史上多个“第一”的记录：第一个进入月球轨道的航天器；第一次在飞行中实现至少8次变轨的航天器；第一次使用紫外敏感器进行姿态确定的航天器；第一次实现远程测控通信的航天器……而每个“第一”的背后都凝结了航天科技集团公司中国空间技术研究院每个嫦娥团队成员的心血，都彰显了科研人员对创新孜孜不倦的追求。